金属材料成形基础 第三篇.ppt

1、金属材料成形基础,主讲 徐晓峰,第三章 金属的塑性成型（压力加工）,概 述,5模型锻造,一、金属塑性成形,金属材料在外力作用下产生塑性变形，获得具有一定形 状、尺寸和力学性能的毛坯或零件的生产方法。,二、金属塑性成形的基本生产方式,1轧制,2挤压,3拉拔,4自由锻造,6板料冲压,1）零件大小不受限制；2）生产批量不受限制。,三、塑性成形（压力加工）的特点,1力学性能高,1）组织致密； 2）晶粒细化； 3）压合铸造缺陷； 4）使纤维组织合理分布。,2节约材料,1）力学性能高，承载能力提高； 2）减少零件制造中的金属消耗（与切削加工相比）。,3生产率高,4适用范围广,1-1 金属的塑性变形与再结晶

2、,第一节 金属塑性成形工艺原理,一、金属塑性变形的实质,1.单晶体的塑性变形,1）滑移：,晶体的一部分相对一部分沿一定的晶面发生相对滑动。,但实际金属的滑移是靠位错的移动来实现的。,2）孪生：,晶体的一部分相对一部分沿一定的晶面发生相对转动。,2. 多晶体的塑性变形,晶内变形,晶间变形,滑移,孪生,滑动,转动,多晶体塑性变形的实质：,晶粒内部发生滑移和孪生；同时晶粒之间发生滑移和转动。,二、塑性变形后金属的组织和性能,1.冷变形及其影响,1）组织变化的特征：,晶粒沿变形最大方向伸长；,晶格与晶粒均发生畸变；,晶粒间产生碎晶。,2）性能变化的特征：,加工硬化：,随着变形程度的增加，其强度和硬度不

3、断提高，塑性和韧性不断下降。,有利：强化金属材料,不利：进一步的塑性变形带来困难,2. 回复,T回 = 0.3T熔,3. 再结晶,T再 = 0.4T熔,(K),(K),4 . 热变形及其影响,1）不产生加工硬化,2）使组织得到改善，提高了力学性能, 细化晶粒；, 压合了铸造缺陷；,3）形成纤维组织, 组织致密。,T再,冷变形,热变形,一、 金属的纤维组织与锻造比,在热变形过程中，材料内部的夹杂物及其它非基体物质。沿塑性变形方向所形成的流线组织，称为纤维（流线）组织。,（1）在平行于纤维组织的方向上：材料的抗拉强度提高,（2）在垂直于纤维组织的方向上：材料的抗剪强度提高,1-2 金属的纤维组织与

4、可锻性,锻造比：,Y=F坯/F锻,Y=H坯/H锻,拔长：,镦粗：,一般，Y=25 时，在变形金属中开始形成纤维组织，纵向的强度、塑性和韧性提高；横向（垂直纤维方向）同类性能下降，力学性能出现各向异性。Y5 时，力学性能不再提高，各向异性则进一步增加。,二、金属的可锻性,是金属材料在压力加工时成形的难易程度。,1 . 可锻性的衡量指标,1）塑性：,2）变形抗力：,材料的塑性越好，其可锻性越好。,材料的变形抗力越小，其可锻性越好。,2 . 影响可锻性的因素,1）金属的本质,化学成分：Me越低，材料的可锻性越好。,组织状态：纯金属和固溶体具有良好的可锻性。,2）变形条件,变形温度：,应力状态：,变形

5、速度：,T温越高，材料的可锻性越好。,V变越小，材料的可锻性越好。,三向压应力 塑性最好、变形抗力最大。,三向拉应力 塑性最差、变形抗力最大。,四、金属的变形规律,1. 体积不变定律,2. 最小阻力定律,三、锻造温度范围,始锻温度：,终锻温度：,过热、过烧 缺陷,加工硬化,45: 1200800,第二节 金属塑性成形工艺方法,2-1 自由锻造,一、自由锻设备,锻锤,压力机,空气锤,蒸汽空气锤,水压机,油压机,65750Kg,630Kg5T,落下部分总重量 = 活塞+锤头+锤杆,滑块运动到下始点时所产生的最大压力,锻锤吨位 =,压力机吨位 =,二、自由锻基本工序,基本工序 完成锻件基本变形和成形

6、的工序。,H,完全礅粗,局部礅粗,，S,1.25H0/D02.5,3. 冲孔：,4. 弯曲：,5. 扭转：,6. 错移：,1. 礅粗：,2. 拔长：,，S,L,芯轴拔长,芯轴扩孔,三、自由锻工艺规程的制定,1. 锻件图的绘制,1）机械加工余量,2）公差,3）敷料,2. 坯料重量和尺寸的计算,G坯 = （1+k）G锻,G坯 = G锻+G料头+G芯料+G烧,K 消耗系数,（1/31/4）余量,Y=F坯/F锻,Y=H坯/H锻,拔长：,镦粗：,1.25H0/D02.5,圆截面坯料：,所以：,长轴类锻件：,3 . 锻造工序的选择,轴、杆类零件：镦粗、拔长,盘类、环类零件：镦粗（拔长及镦粗）、 冲孔（芯轴

7、上扩孔）,筒类零件：镦粗、冲孔、在芯轴上拔长,4 . 锻造温度范围及加热火次的确定,5 . 锻造设备的选择,6 . 确定工时,7 . 填写工艺卡,2-2 模型锻造,模型锻造 将金属坯料放在具有一定形状的模锻模膛 内受压、变形，获得锻件的方法。,特点：,1）生产率高；,2）锻件的尺寸精度和表面质量高；,3）材料利用率高；,4）可锻造形状较复杂的零件；,5）模具成本高、设备昂贵；,6）锻件不能任意大。一般不得超过150kg。,一、锤上模锻,（一）锤上模锻设备,蒸汽空气模锻捶,应用：形状较复杂的中小型零件的成批、大量生产。,（二）锻模结构,锻模,模膛,飞边槽,桥部,仓部, 形成锻件基本形状和尺寸的空

8、腔。, 容纳多余的金属。, 增加金属流动的阻力，促使金属充满模膛。,（三）模膛的分类,模膛,模锻模膛,制坯模膛,终锻模膛,预锻模膛,延伸模膛,滚压模膛,弯曲模膛,切断模膛,（四）锻模工艺规程的制定,1. 绘制锻件图,1）分模面的选择,分模面应选在锻件的最大截面处；,分模面的选择应使模膛浅而对称；,分模面的选择应使锻件上所加敷料最少；,分模面应最好是平直面。,2)确定加工余量、公差和敷料,加工余量：14mm,公差：0.33mm,3）设计模锻斜度,外壁斜度：57 0,内壁斜度：712 0,4）设计模锻圆角,外圆角：r = 1.512mm,内圆角：R=（23）r,5）确定冲孔连皮,2. 确定模锻工序

9、,1）基本工序,2）修正工序,切边；,冲孔；,校正；,热处理；,清理。,汽车凸轮轴,工序：拔长、滚挤、预锻、终锻、切边。,二、胎模锻造,利用自由锻设备在活动模具上生产模锻件的方法。,1. 扣模,2. 筒模,3. 合模,应用：没有模锻设备的中、小型锻件的批量生产。,2-3 板料冲压,利用冲模对金属板料施加压力，使其产生分离或变形获 得所需零件的工艺方法。,冷冲压：,t 8 mm,拖拉机：400多个。,三米收割机：1000多个。,一、冲压设备,1. 剪床：,2. 冲床：,下料设备,1）斜刃剪,2）平刃剪,3）圆盘剪,冲压设备,1）开式冲床,2）闭式冲床,二、冲压基本工序及变形特点,（一）分离工序,

10、使坯料的一部分相对另一部分产生分离的工序。,（冲孔、落料、修正、剪切、切边等）,1. 冲裁（落料、冲孔）,1）冲裁的变形过程,弹性变形阶段,塑性变形阶段,断裂、分离阶段,使坯料沿封闭轮廓分离的工序。,2）冲裁模设计及冲裁工艺特点, 凸凹模要具有锋利的刃口, 凸凹模间隙要合理,Z = （5%10%）t,凸凹模刃口尺寸要正确,落料：以凹模为设计基准,D凹 = d落,D凸= D凹 - Z,D凸 = d孔,D凹 = D凸 + Z,冲孔：以凸模为设计基准, 排样要合理,排样：冲裁件在板料上的布置方式。,有接边排样,少无接边排样,3）冲裁力,k 安全系数（1.3）,L 冲裁件周边长度（mm）, 坯料的抗剪

11、强度（N/mm2）,t 坯料厚度（mm）,（N）,2 . 修正,利用修正模沿冲裁件外缘或 内孔刮削一薄层金属，切掉 剪裂带和毛刺。提高其尺寸 精度降低表面粗糙度。,IT9-IT7 Ra = 1.6-0.8 m,（二）变形工序,使坯料的一部分相对一部分产生位移而不被破坏的工序。,（拉深、弯曲、翻边、成形等）,1 . 拉深,使坯料在凸模的作用下压入凹模， 获得空心体零件的冲压工序。,1）拉深变形过程,2）拉深废品, 拉裂（拉穿）, 起皱,3）拉深模设计及工艺特点, 凸凹模的工作部分必须具有一定的圆角；,r凹=10t r凸=（0.6-1）r凹, 凸凹模间隙要合理,Z =（1.1-1.2）t,Z 单边

12、间隙, 控制拉深系数（m）,m = d/D =（0.5-0.8）,D=100,d=20；h=42,d1=55,d2=32,32/55=0.58,d3=20,20/32=0.628, 设置压边圈, 涂润滑油,2. 弯曲,将平直板料弯成一定的 角度或圆弧的工序。,1）弯曲的变形特点, 变形区域主要在圆角部位；, 外层金属受拉应力，内层金属受压应力。,2）弯曲缺陷,弯裂,回弹,3）弯曲工艺特点,弯曲半径 rrmin=（0.25-1）t ；, 毛刺应位于内侧；, 弯曲线应尽量与坯料纤维方向垂直；, “回弹”问题,a）设计补偿角,b）对工件进行退火,c）设计加强筋,3. 翻边、成形,1）翻边,在带孔的平

13、坯料上用扩孔的方法获得凸缘的工序。,2）成形,包括：起伏、胀形、压印等,三、冲模的分类及结构,1. 简单冲模,2. 连续冲模,3. 复合冲模,冲床在一次行程中只完成一个冲压工序。,冲床在一次行程中在不同的工位同时只完成两个以上的 冲压工序。,冲床在一次行程中在同一工位同时完成两个以上的冲压 工序。,第三节 锻件与冲压件结构工艺性,一、自由锻件结构工艺性,1. 避免斜面和锥度,2. 避免曲面相交,3. 避免加强筋和凸台,4. 采用组合工艺,二、模锻件结构工艺性,1. 易于从锻模中取出锻件；,2. 零件的外形应力求简单、对称、平直；,3. 避免薄壁、高筋、凸起等结构；,4. 避免设计深孔、多孔结构；,5. 采用锻焊组合工艺。,三、冲压件结构工艺性,1. 冲压方法对结构工艺性的要求,1）对冲裁件的要求, 冲裁件的形状应力求简单、对称，有利于材料的合理利用；, 应避免细长槽和细长臂结构；, 冲裁件的内外转角处，应